Dans le cas des pièces aéronautiques de grandes dimensions et de formes complexes nécessitant un bon état de surface, les opérations de polissage sont la plupart du temps réalisées manuellement par des opérateurs spécialisés. Ces opérations étant longues, pénibles et coûteuses, il paraît pertinent de s’intéresser à leur automatisation. Dans ces travaux de thèse, nous nous intéressons à la mise en place d’un processus de polissage robotisé pour un train d'atterrissage en acier à haute résistance. La définition du processus robotisé passe par la définition des outils adéquats (taille de grain, forme et souplesse), des conditions de polissage (effort, vitesse de coupe, vitesse d’avance, angle de dépinçage et recouvrement) et le réglage des paramètres de la commande en effort en fonction du matériau à polir et de la spécification de rugosité visée. Un modèle d’enlèvement de matière est ensuite proposé afin de maîtriser le défaut d’état de surface généré pour des outils « disques ». Une campagne expérimentale permet enfin de valider la mise en œuvre du robot et du processus de polissage sur une pièce spécifique, notamment en ce qui concerne la chaîne numérique. / In the case of aircraft large parts and complex shapes requiring a good finish state, polishing operations are mostly performed manually by specialized operators. These operations are long, painful and expensive, it seems relevant to be interested in their automation. In the thesis work, we focus on the development of a robotic polishing process for high strength steel landing gear. The definition of the robotic process involves the definition of appropriate tools (grain size, shape and flexibility), polishing conditions (force, cutting speed, feed rate, inclination angle and overlap) and adjustment of parameters the force control based on the material to be polished and the specification roughness. A material removal model is then proposed to control the surface state generated for discs tools. Finally, an experimental campaign validates the implementation of the robot and the polishing process on a specific part, in particular as regards the numerical chain.

Mettre en oeuvre un retour d'effort pour un système robotique dédié à la chirurgie mini-invasive impose d'adresser deux difficultés principales. La première est d'ordre métrologique, puisqu'il est technologiquement très difficile de procéder à une mesure directe de l'interaction distale à l'intérieur du patient, tout en respectant les contraintes de stérilité et d'encombrement. La seconde concerne le contrôle d'interactions dont la géométrie et la dynamique sont fortement variables et mal connues (contacts avec des organes, le chirurgien, ou d'autres instruments) dans un contexte particulier où la contrainte cinématique induite par le passage des instruments par un point fixe ne permet pas l'asservissement de toutes les composantes du torseur d'interaction.<br />La réponse apportée à ces questions prend ici la forme d'un système robotique bâti autour :<br />- d'un bras compact de cinématique sphérique ;<br />- d'un capteur d'efforts placé à l'extérieur du patient permettant une estimation fine des interactions distales ;<br />- d'une commande en effort dont la passivité est garantie pour toutes les interactions ; celle-ci est déclinée selon plusieurs modes (retour explicite, commande en impédance, téléopération à retour d'efforts).<br /><br />L'ensemble des propositions méthodologiques est validé de façon systématique sur un prototype de laboratoire développé dans le cadre de ce travail. Les expériences incluent des validations in vivo sur animal, depuis des tâches élémentaires jusqu'à l'utilisation du prototype comme "main gauche" pour une opération de cholécystectomie.

Du fait que les complications liées à l'utilisation d'instruments obstétriques proviennent d'un problème de formation des jeunes obstétriciens et sages-femmes, nous proposons le simulateur d'accouchement BirthSIM comme un outil pour acquérir une première expérience obstétrique. En effet, un simulateur offre à l'équipe médicale une formation sans risque afin de compléter la formation traditionnelle en salle d'accouchement.<br /><br />Le simulateur BirthSIM se compose de mannequins anthropomorphes pour assurer la continuité avec la salle d'accouchement. Pour reproduire les forces mises en jeu, un vérin pneumatique commandé par un servodistributeur est asservi en position et en effort afin de simuler différents accouchements. Pour évaluer le geste obstétrique celui-ci est décomposé en deux étapes : la pose des forceps et le geste d'extraction. Pour analyser la pose des forceps, ces derniers ont été instrumentés avec des capteurs de position à six degrés de liberté, puis des méthodes d'analyse des gestes ont été développées pour évaluer objectivement la répétabilité des opérateurs, leur erreur et le taux de similarité de leur geste par rapport à un geste de référence. Concernant le geste d'extraction, un capteur de force placé au niveau du cou foetal enregistre la force exercée par l'opérateur. Une fonction d'évaluation regroupe les paramètres liés à cette extraction<br />(force maximal, travail, etc.) afin d'obtenir un indice de performance du geste.<br /><br />Enfin, l'interface de visualisation du simulateur permet aux opérateurs de voir un geste habituellement réalisé en aveugle car prenant place à l'intérieur du bassin maternel. Une méthode d'apprentissage sans risque du geste obstétrique est proposée à l'équipe médicale. En<br />utilisant les méthodes d'évaluation développées, la progression de la technique des obstétriciens formés sur le simulateur BirthSIM est quantifiée. Les résultats obtenus confirment et complètent les résultats disparates trouvés dans la littérature et attestent de l'intérêt d'un simulateur.

Le soudage par friction malaxage (FSW) est un procédé de soudage innovant pour les matériaux à bas point de fusion (aluminium, cuivre…). Il a été breveté en 1992 par l’organisme anglais The Welding Institute (TWI). Depuis plusieurs années, celui-ci se développe dans l’industrie en cherchant à réduire son coût d’investissement. Le principe du FSW est de réaliser un cordon de soudure grâce à un outil animé d’un mouvement de rotation et d’avance. Les niveaux d’efforts et de précision requis contraignent à l’utilisation de machines cartésiennes de grande envergure. L’utilisation des robots industriels est un moyen de réduire les coûts, mais ils ne sont pas conçus pour ce genre d’applications et leur inconvénient majeur réside dans leur manque de rigidité. Ainsi, lorsque l’outil entre en contact avec les pièces à assembler, celui-ci peut dévier de plusieurs millimètres dans différentes directions de l’espace, rendant la mise en oeuvre d’une compensation de la trajectoire du robot obligatoire afin d’obtenir des soudures sans défauts. Le but de cette thèse a été de développer un procédé robotisé robuste. Le premier objectif est la mise en oeuvre d’une commande en effort robuste. En effet, en FSW, le maintien d’un effort axial constant est obligatoire. Le contrôle de cet effort permet de compenser la déviation axiale de l’outil et les défauts de mise en position des pièces à souder. Ainsi, une démarche d’identification et de modélisation afin de créer une commande en effort a été mise en oeuvre. La commande est définie de manière robuste afin d’éviter les réglages de l’asservissement lorsque les outils, les paramètres de soudage ou les trajectoires du robot changent. Une validation expérimentale complète a été réalisée dans le contexte du FSW. Le second objectif de cette thèse a été de développer une compensation de la déviation latérale de l’outil. Contrairement à l’objectif précédent, il n’y a pas d’effort à maintenir pour compenser cette déviation latérale. Dans l’industrie, cette déviation peut être compensée à l’aide d’un système de vision, mais ce dernier comporte de nombreux inconvénients en FSW (réflexion de l’aluminium, non visibilité du joint, coût, mise en oeuvre complexe). Ainsi, dans cette partie, un algorithme de compensation temps réel de la déviation latérale de l’outil a été mis en oeuvre. Celui-ci repose sur l’identification d’un modèle élasto-statique du robot. L’algorithme de compensation de la déviation latérale de l’outil a été couplé à la commande en effort et validé expérimentalement en FSW. La différence avec la majorité des travaux de recherche dans ce domaine est que les procédures d’identification n’utilisent pas de système de mesure 3D (photogrammétrie CCD ou laser de poursuite) dont le coût est un frein indéniable pour beaucoup d’industriels. La démarche est simple à mettre en oeuvre sur un robot industriel du marché actuel, et applicable pour d’autres procédés à contact comme l’usinage ou le polissage. / Friction Stir Welding (FSW) is an innovative welding process for materials with a low melting point (aluminium, copper…). It was patented in 1992 by the English organization The Welding Institute (TWI). For many years, an effort is done to reduce the investment cost for industrial applications. FSW process involves a rotating tool advancing along a path. Currently, gantry-type CNC systems are using for FSW manufacturing. These machines offer a high stiffness and can tolerate the forces during FSW in order to carry out a good weld quality. Industrials robots can reduce the investment cost; however they are not design for these applications. The main limitation is the low stiffness of the robot structure. Consequently, the robot deformation under the high process forces causes tool deviations about several millimeters. The robot path has to be compensated in order to obtain a good weld quality. The aim of this thesis is to develop a robust robotized process. The first goal is to realize a robust force control. During FSW, a constant axial forging force should be applied. Axial tool deviation is compensated with the force control approach. In this way, a modeling and identification method is done in order to design a force controller. The force controller is robust because no tuning is required, even if welding parameters or robot paths change. An experimental validation in FSW is done. The second goal is to realize a compensation of the lateral tool deviation. Unlike the axial deformation, there is no force to maintain for compensate this deviation. In industry, the lateral tool deviation could be compensated with a camera or laser sensor in order to track the weld seam path during welding. However, the cost of a seam tracking device, the aluminium reflexion and the lack of visibility in lap joint configuration are significant drawbacks. In this chapter, a compensation algorithm is designed. An elastostatic model of the robot is used to estimate in real time the deflection of the robot TCP. The compensation algorithm is coupled with the force controller defined previously. Compare with others research works about this topic, identification methods don’t need a 3D measurement system (CCD camera or laser tracker). The cost of such system is a main drawback for industrial applications. In this thesis, identification methods are easy to implement in an industrial robot and available for others processes like machining or polishing.